Les coefficients de sécurité sont des paramètres permettant de dimensionner des dispositifs.
Lorsque l'on conçoit un dispositif, il faut s'assurer qu'il remplisse ses fonctions en toute sécurité pour l'utilisateur. Il faut pour cela connaître la charge à laquelle il sera soumis. Le terme « charge » est utilisé de manière générale : puissance électrique pour un circuit électrique, force pour un dispositif mécanique, … Cela mène au dimensionnement du dispositif : choix de la section du fil débitant le courant, section de la poutre supportant la structure, …
Mais la connaissance des charges normales en utilisation ne sont pas suffisantes : il faut prévoir la possibilité d'une utilisation inadaptée : imprudence de l'utilisateur, surcharge accidentelle ou prévue, défaillance d'une pièce, événement extérieur imprévu, … On utilise pour cela un coefficient de sécurité, noté habituellement s :
- soit on l'utilise avant le calcul de dimensionnement :
- en multipliant la charge en fonctionnement par s, ou bien
- en divisant la charge maximale admissible par s ;
- soit on l'utilise après le calcul, en multipliant ou en divisant le résultat dans le sens d'une plus grande sécurité.
Si l'on note R la résistance du système et S (stress) les sollicitations auxquelles il est soumis, la condition de validation dit « à l'état limite ultime » (ELU) s'écrit :
- S ≤ R/s
ou bien
- s * S ≤ R
Les coefficients de sécurité sont définis par les « règles de l'art » pour chaque domaine, éventuellement codifié dans des normes. S'il sert à diviser la résistance théorique, il est supérieur ou égal à 1, et est d'autant plus élevé que le système est mal défini, que l'environnement est mal maîtrisé.
On utilise aussi parfois la marge de sécurité qui vaut s - 1.
On utilise parfois le coefficient inverse, k = 1/s, la validation s'écrivant alors :
- S ≤ k * R
Exemple
Si l'on décide de dimensionner une pièce à 60 % de sa résistance, on a :
- k = 60 % = 0,6 ;
- s = 1/k = 1,7 (on n'exprime jamais un coefficient avec une précision de plus d'une décimale) ;
- la marge m = s - 1 = 0,67 = 67 %.
Si l'on dimensionne un système avec un coefficient de sécurité de 5, alors on a
- la marge de sécurité m = 4 ;
- k = 0,2 ; on dimensionne le système à 20 % de sa résistance.
- Cs retenue pour les études Mégalithiques
-
Cs Cordes : 7 (Chocs)
Cs Rondins de Bois : 3 (Sol non plat, pente, descente, Vitesse lente)
Détails - Mégalithe
Valeurs du coefficient
En mécanique — au sens large : chaudronnerie, structures métalliques, génie mécanique (conception de mécanismes), automobile, … —, on utilise typiquement les coefficients indiqués dans le tableau suivant.
| Coefficient de sécurité s | Charges exercées sur la structure | Contraintes dans la structure | Comportement du matériau | Observations |
|---|---|---|---|---|
| 1 ≤ s ≤ 2 | régulières et connues | connues | testé et connu | fonctionnement constant sans à-coups |
| 2 ≤ s ≤ 3 | régulières et assez bien connues | assez bien connues | testé et connu moyennement | fonctionnement usuel avec légers chocs et surcharges modérées |
| 3 ≤ s ≤ 4 | moyennement connues | moyennement connues |
non testé |
|
| mal connues ou incertaines | mal connues ou incertaines | non connu |
Par exemple,
- pour le domaine de l'architecture : s = 1,5 ;
- matériel routier : s = 3 ;
- pour les appareils de levage industriels, selon arrêté français du 18 décembre 1992 :
- levage par des chaînes de levage : s = 4,
- composants métalliques d'accessoires de levage (par exemple crochets, palonniers) : s = 4,
- levage par des câbles métalliques : s = 5,
- levage par des sangles en tissus : s = 7 ;
- pour les engins de levage et appareils de levage lourds, selon la Fédération européenne de la manutention (FEM)
- le poids est multiplié par 1,6 pour un levage avec un pont roulant ou un portique (soit une accélération verticale de 0,6 g), et par 1,3 pour un levage avec une grue (accélération verticale de 0,3 g), hors effet des intempéries et séismes ; mais il s'agit là de la détermination de la charge dynamique et pas à proprement parler d'un coefficient de sécurité, toutefois, ce coefficient est majoré par rapport à la réalité et donc porte en lui un coefficient de sécurité,
- pour les mécanismes, un coefficient allant de 2,5 à 9, selon la catégorie du mécanisme (par type de mouvement et par type d'engin),
- pour les pièces de structure, un coefficient allant, selon les cas de service (sans vent, avec vent, sollicitations exceptionnelles), de 1,1 à 1,5 pour les pièces en acier de construction, et un coefficient plus élevé pour les pièces en acier à haute limite d'élasticité ;
- ascenseur (transport du public) : s = 10.
(Source: Wikipédia ; sous Licence CC BY-SA 3.0)
Sources - Mégalithe
♦Livre♦
Guide du calcul en mécanique : Maîtriser la performance des systèmes industriels (5 à 8 pour les Chocs ; p147)